用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲及其制備方法
【專利摘要】用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成：釩粉80～81％，鉻粉19～20％，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％。本發(fā)明還公開了其制備方法：將釩粉和鉻粉干混得到藥芯粉末，將藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備的加料機(jī)上，紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率，再通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲；然后依次經(jīng)過6道減徑處理、9級(jí)減徑精拉處理得到。本發(fā)明藥芯焊絲能夠?qū)?fù)合板的鈦層與鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接；所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；且制造工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專利說明】用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，本發(fā)明還涉及該藥芯焊絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦-鋼復(fù)合板(管)以其高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐蝕性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益而被廣泛應(yīng)用于石油化工等工業(yè)部門。由于鈦是一種活潑金屬，在高溫下易與鋼中的鐵、碳元素形成化合物，增加復(fù)合界面的脆性，極易產(chǎn)生焊接裂紋，從而嚴(yán)重制約著鈦-鋼復(fù)合材料的熔焊對(duì)接及其應(yīng)用。目前關(guān)于鈦-鋼復(fù)合板(管)的焊接主要選用市面上現(xiàn)有的Ti?N1、Cu、V等實(shí)芯焊絲作為過渡層焊接材料，一方面試驗(yàn)焊接材料有限，其成分不能保證與母材完全匹配，另一方面，材料本身的性能導(dǎo)致焊接過程難以順利進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板(管)焊接接頭熔焊冶金結(jié)合的目的。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:釩粉80?81 %，鉻粉19?20 %，以上組分質(zhì)量百分比之和為100 %。
[0006]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0007]釩粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si < 0.05%，Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0008]鉻粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%, P < 0.06%。
[0009]本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0010]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取80?81 %的釩粉和19?20 %的鉻粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0011]步驟2，將步驟I稱取的釩粉和鉻粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末；
[0012]步驟3，將步驟2得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備的加料機(jī)上，將尺寸10X0.4mm的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為10?15 %，再通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲；
[0013]步驟4，將步驟3得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。[0014]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0015]步驟I中釩粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:V > 99.9%, Fe < 0.05%, Si
<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0016]步驟I中鉻粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%, C < 0.02%, Si
<0.14%, S < 0.008%, P < 0.06%。
[0017]步驟I中稱取釩粉和鉻粉前，將釩粉和鉻粉在150?180°C下烘1.5?2h。
[0018]步驟2中的干混處理時(shí)間為0.5?0.8h。
[0019]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，具有以下優(yōu)點(diǎn):1)制得的藥芯焊絲直徑小，可采用手工鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊焊接；2)本發(fā)明藥芯焊絲能夠?qū)?fù)合板(管)的鈦層與鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板(管)的熔焊對(duì)接；3)鈦-管線鋼復(fù)合板開V形坡口，先用純鈦焊絲焊接鈦層，再用本發(fā)明的藥芯焊絲焊接過渡層，最后用鋼用焊絲焊接鋼層，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；4)本發(fā)明藥芯焊絲只涉及兩種合金元素，成分控制較為容易，制造工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是實(shí)施例1制備的藥芯焊絲配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織圖；
[0021]圖2是實(shí)施例2制備的藥芯焊絲配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織圖；
[0022]圖3是實(shí)施例3制備的藥芯焊絲配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:釩粉80?81%，鉻粉19?20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0025]釩粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si < 0.05%，Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0026]鉻粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%, P < 0.06%。
[0027]各組分的作用:
[0028]鈦-鋼復(fù)合板焊接過程中最主要的問題是，鈦的活性較強(qiáng)，高溫下易與鋼中大部分的元素形成化合物，而且該化合物的脆性較大，在焊接過程中極易產(chǎn)生焊接熱裂紋，后續(xù)冷卻過程中，冷裂紋傾向也較大。
[0029]釩:在諸多金屬中，釩可以和鈦形成固溶相，不出現(xiàn)脆性的金屬間化合物，較好的減小了焊接熱裂紋及冷裂紋的產(chǎn)生傾向。
[0030]鉻:鉻主要作用是促進(jìn)固溶相的形成，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉻含量在19?20%，釩含量在80?81%時(shí)，二者可以和鈦形成三元固溶相，且鈦的含量范圍較寬。[0031]上述用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0032]步驟1，將釩粉和鉻粉在150?180°C下烘1.5?2h，按質(zhì)量百分比分別稱取80?81%的釩粉和19?20%的鉻粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0033]其中釩粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:V > 99.9 %，F(xiàn)e < 0.05 %，Si
<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ；
[0034]鉻粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，
S< 0.008%, P < 0.06% ；
[0035]步驟2，將步驟I稱取的釩粉和鉻粉放到混粉機(jī)中，干混處理0.5?0.Sh得到混合均勻的藥芯粉末；
[0036]步驟3，將步驟2得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備的加料機(jī)上，將尺寸10X0.4 (mm)的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為10?15 %，再通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑
3.8mm的焊絲；
[0037]步驟4，將步驟3得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。
[0038]本發(fā)明制得的藥芯焊絲直徑小，可采用手工鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊焊接，可將復(fù)合板(管)的鈦層與鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板(管)的熔焊對(duì)接。
[0039]實(shí)施例1
[0040]步驟I，選擇釩粉，粒度為60?80目，化學(xué)成分為V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,N< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;鉻粉，粒度為 60 ?80 目，化學(xué)成分為 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分別在150°C下烘干2h ；
[0041]步驟2，按質(zhì)量百分比分別稱取烘干的釩粉80%、鉻粉20%，以上組分的質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0042]步驟3，將步驟2得到的藥粉放到混粉機(jī)中，干混0.5h，得到混合均勻的藥芯粉末；
[0043]步驟4，將步驟3得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備加料機(jī)上，將尺寸10X0.4 (mm)的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為12%，再通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲;
[0044]步驟5，將步驟4得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。
[0045]用實(shí)施例1制備的藥芯焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100A、100?130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。[0046]經(jīng)測(cè)試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度497MPa，屈服強(qiáng)度393MPa，斷后延伸率9.5%,斷面收縮率34%，室溫沖擊功33.8J。
[0047]實(shí)施例1制備的藥芯焊絲配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見圖1。由圖1可知，下部分顏色偏黑，屬于鋼層焊接，中部顏色稍亮部分為本發(fā)明設(shè)計(jì)的藥芯焊絲焊接，最上部分為鈦層材料焊接，藥芯焊絲過渡層的厚度在100?150 μ m之間。該過渡層很好的隔絕了鈦元素過渡到鋼層中，有效的抑制了脆性相的生成。過度層金屬部分熔入到鈦層及鋼層金屬中，保證了焊縫金屬一定的力學(xué)性能。
[0048]實(shí)施例2
[0049]步驟I，選擇釩粉，粒度為60?80目，化學(xué)成分為V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,N< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;鉻粉，粒度為 60 ?80 目，化學(xué)成分為 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分別在160°C下烘干 1.8h ；
[0050]步驟2，按質(zhì)量百分比分別稱取烘干的釩粉80.5%、鉻粉19.5%，以上組分的質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0051]步驟3，將步驟2得到的藥粉放到混粉機(jī)中，干混0.6h，得到混合均勻的藥芯粉末；
[0052]步驟4，將步驟3得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備加料機(jī)上，將尺寸10X0.4 (mm)的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為10 %，隨后通過成型機(jī)進(jìn)行鋼帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲；
[0053]步驟5，將步驟4得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。
[0054]用實(shí)施例2制備的藥芯焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100A、100?130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。
[0055]經(jīng)測(cè)試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度505MPa，屈服強(qiáng)度398MPa，斷后延伸率
10.7%，斷面收縮率32%，室溫沖擊功35J。
[0056]實(shí)施例2制備的藥芯焊絲，配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見圖2。由圖2可知，右下部分顏色偏黑，屬于鋼層焊接，中部顏色稍亮部分為本發(fā)明設(shè)計(jì)的藥芯焊絲焊接，最上部分為鈦層材料焊接，藥芯焊絲過渡層的厚度在100?200μπι之間。該過渡層很好的隔絕了鈦元素過渡到鋼層中，有效的抑制了脆性相的生成。過渡層金屬有明顯的與鋼層金屬穿插存在的條狀晶粒，且較實(shí)例I有更多的過渡層金屬溶入到鈦層金屬中，力學(xué)性能也整體較實(shí)例I好。
[0057]實(shí)施例3
[0058]步驟I，選擇釩粉，粒度為60?80目，化學(xué)成分為V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,Ν< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;鉻粉，粒度為 60 ?80 目，化學(xué)成分為 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分別在180°C下烘干 1.5h ；
[0059]步驟2，按質(zhì)量百分比分別稱取烘干的釩粉81%、鉻粉19%，以上組分的質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0060]步驟3，將步驟2得到的藥粉放到混粉機(jī)中，混0.8h，得到混合均勻的藥芯粉末；
[0061]步驟4，將步驟3得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備加料機(jī)上，將尺寸10X0.4 (mm)的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為15 %，隨后通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲；
[0062]步驟5，將步驟4得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑的精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。
[0063]用實(shí)施例3制備的藥芯焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100AU00?130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。
[0064]經(jīng)測(cè)試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度495MPa，屈服強(qiáng)度389MPa，斷后延伸率9.7%,斷面收縮率32%，室溫沖擊功32.6J。
[0065]實(shí)施例3制備的藥芯焊絲，配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見圖3。由圖3可知，該焊縫金屬的金相組織與實(shí)例I相近，結(jié)晶出來的過渡層晶粒較實(shí)例I大，因而，其力學(xué)性能較實(shí)例I稍弱。
【權(quán)利要求】
1.用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，其特征在于，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:釩粉80?81%，鉻粉19?20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，其特征在于，所述釩粉的粒徑為 60 ?80 目，化學(xué)成分為:V>99.9%，F(xiàn)e<0.05%,Si <0.05%,A1 <0.05%,N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，其特征在于，鉻粉的粒徑為 60 ?80 目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%, C < 0.02%, Si < 0.14%, S < 0.008%, P<0.06%。
4.用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取80?81 %的釩粉和19?20 %的鉻粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100% ；步驟2，將步驟I稱取的釩粉和鉻粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末；步驟3，將步驟2得到的藥芯粉末放在藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備的加料機(jī)上，將尺寸10 X 0.4mm的紫銅帶放在放帶機(jī)上，經(jīng)過銅帶清洗設(shè)備，進(jìn)行超聲波清洗，隨后進(jìn)行軋U型槽與加粉操作，控制藥粉填充率為10?15 %，再通過成型機(jī)進(jìn)行銅帶合口，形成直徑3.8mm的焊絲； 步驟4，將步驟3得到的焊絲放在粗拉設(shè)備上，經(jīng)過6道減徑處理，然后在精拉生產(chǎn)線的放線機(jī)上，進(jìn)行9級(jí)減徑精拉處理，得到直徑為1.2mm的焊絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟I中釩粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟I中鉻粉的粒徑為60?80目，化學(xué)成分為:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si<0.14%, S < 0.008%, P < 0.06%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟I中稱取釩粉和鉻粉前，將釩粉和鉻粉在150?180°C下烘1.5?2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于熔焊對(duì)接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟2中的干混處理時(shí)間為0.5?0.8h。
【文檔編號(hào)】B23K35/40GK104028917SQ201410244984
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】張敏, 劉明志, 張明, 李繼紅 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)